王春麗

摘 要：隨著校園網(wǎng)中各種信息服務需求的不斷增長，節(jié)約網(wǎng)絡資源和降低網(wǎng)絡維護成本尤為重要，而彈性云虛擬技術為解決這一問題提供了新思路。在探討彈性云和虛擬技術的基礎上，分析影響頁面服務器效能的主要因素，仿真測試虛擬化網(wǎng)頁服務器在一臺實體主機內運行時虛擬機數(shù)量與效能的關聯(lián)性，提高校園網(wǎng)資源利用效率。

關鍵詞：校園網(wǎng)；虛擬化技術；頁面主機；效能分析；彈性云

DOIDOI：10.11907/rjdk.1511033

中圖分類號：TP302

文獻標識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2015）009002802

0 引言

目前，彈性云已成為熱門研究課題，但其本身并不代表一項技術，僅是一種計算機運算方法和概念，其通過網(wǎng)絡中的龐大運算資源，提供個人與組織按需索取的運算服務。而虛擬化技術是彈性云的重要元素，能節(jié)約服務器各種成本與量化運算資源，從而大大提高管理與使用彈性。近年來，計算機計算能力快速發(fā)展，常見的計算機具有雙核甚至四核，但校園網(wǎng)絡服務不需要使用如此大的計算資源，如一個網(wǎng)頁服務器平常CPU負載率尚不足5%～10%，如仍占用一臺主機，需花費較多空間、硬件、人力和電力成本。使用虛擬化技術整合服務器資源，可有效節(jié)約運行成本，非常適合校園網(wǎng)[ 1 ]。本文探討虛擬化技術在整合網(wǎng)頁服務器中的可行性，并進行實際效能測試與分析。

1 彈性云與虛擬化技術

1.1 彈性云

彈性云（Elastic Compute Cloud—EC2）[ 2 ]，是一種在云計算中提供可彈性的運算機制，其目的是便于服務器開發(fā)人員把握網(wǎng)頁服務器規(guī)模。彈性云簡單的網(wǎng)絡服務接口使服務成本開銷最小化，并實現(xiàn)服務器資源調節(jié)自主化和對計算資源的完全控制權，大大縮短資源獲取以及服務器連接的時間，并根據(jù)計算需求快速調節(jié)資源容量，同時彈性云為程序開發(fā)提供了針對應用錯誤的開發(fā)工具，將計算中的故障在運行過程中孤立出來，以減少與其它運算之間的相互影響。

彈性云落地部署方案為Infrastructure as a Service，即“基礎架構即服務”。IaaS將內存空間、I/O接口與計算能力整合為一個虛擬資源池，為用戶提供所需資源存儲和虛擬化服務器等相關服務。Amazon Web Service與IBM BlueCloud[ 3 ]均為此類型。

1.2 虛擬化技術

虛擬化的基本原理是在硬件裸機或主機操作系統(tǒng)上植入一個名為Hypervisor系統(tǒng)管理程序的虛擬層，并在上一層運行虛擬機。通常將在實體機上執(zhí)行的宿主操作系統(tǒng)稱為Host Operating System，而將在虛擬機上執(zhí)行的客戶操作系統(tǒng)稱為Guest Operating System。

虛擬化可分為全虛擬HVM化與半虛擬化PVM。前者所用的硬件為虛擬，除CPU、內存之外，其它諸如顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等都被虛擬化。該虛擬化的優(yōu)勢是便于虛擬機在同一虛擬化平臺上實現(xiàn)不同硬件實體機之間的遷移，當一個服務器因為自身負載增加需要收回共享內存或服務器無法正常提供服務時，系統(tǒng)會主動或被動地啟動數(shù)據(jù)同步操作，遷移數(shù)據(jù)備份到其它服務器上[ 4 ]。全虛擬的虛擬機也可執(zhí)行和實體機不同的操作系統(tǒng)，因此具備很強的彈性機制，同時也會造成實體機負載較大，而半虛擬化并不虛擬硬件，只是通過虛擬機監(jiān)控器VMM[ 5 ]使用真實硬件。半虛擬化的優(yōu)點是速度快、效能比全虛擬化高，缺點是彈性較差，很難實現(xiàn)虛擬機在不同硬件的實體平臺上遷移。虛擬化計算機能動態(tài)提供一種或多種統(tǒng)一計算和存儲資源，并在服務提供者和服務消費者之間協(xié)商靈活調配[ 6 ]。圖1為全虛擬化主機架構。

2 網(wǎng)頁主機虛擬化

虛擬機技術可將各種類型的實體機虛擬化，包括桌面計算機、網(wǎng)頁主機、郵件服務器和FTP服務器等，本文以網(wǎng)頁主機即網(wǎng)頁服務器為對象探討虛擬化環(huán)境下運作效能。按照運算復雜程度、流量、數(shù)據(jù)量和網(wǎng)頁結構大小，網(wǎng)頁主機可分為靜態(tài)網(wǎng)頁服務器主機和動態(tài)網(wǎng)服務器主機。動態(tài)頁面根據(jù)客戶端、時間、事件等因素的差異，又分為邏輯運算型和數(shù)據(jù)庫型。邏輯運算型網(wǎng)頁服務器按照獲得數(shù)據(jù)的不同，計算并為客戶端反饋不同結果；數(shù)據(jù)庫型服務器收到客戶端請求后，觸發(fā)一系列邏輯運算，并向數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，如Google新聞組、論壇、留言版。當客戶端向服務器請求發(fā)送所需主題后，經服務器檢索數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù)、判斷時間、排列組合成網(wǎng)頁，最終呈現(xiàn)在客戶端上。Web服務器類型劃分如圖2所示。

圖1 全虛擬化主機架構

圖2 Web服務器劃分

3 彈性云中的主機效能測試及分析

3.1 影響因素與環(huán)境設置

本文重點探討校園網(wǎng)中網(wǎng)頁宿主主機與客戶虛擬機效能。宿主主機與客戶虛擬機涉及效能因素如表1所示。

表1 宿主主機與客戶虛擬機效能因素

宿主實體機效能 []客戶虛擬機效能

CPU頻率、核心數(shù)量[]虛擬CPU頻率、核心數(shù)量

CPU緩存大小[]RAM分配到容量大小

主存儲器容量大小[]被分配到虛擬硬盤容量

主存儲器帶寬、數(shù)據(jù)發(fā)生頻率[]

硬盤容量、存儲效能[]網(wǎng)頁服務器設定

網(wǎng)卡數(shù)量、吞吐能力[]

宿主實體機同時執(zhí)行虛擬機臺數(shù)量[]是否調用數(shù)據(jù)庫

宿主操作系統(tǒng)狀況[]是否安裝防火墻等

無論是宿主端還是客戶端，CPU緩存都影響運算能力，且由于網(wǎng)頁服務器“行為”較為固定，因此CPU緩存越大對效能幫助越大。當執(zhí)行虛擬機時，使用獨立內存空間，因此主存儲器容量大小直接影響宿主端可以同時執(zhí)行的虛擬機數(shù)目；主存儲器帶寬與數(shù)據(jù)頻率越高，CPU對主存儲器存取效率就越高。網(wǎng)頁服務器主機需要與若干客戶端聯(lián)機，網(wǎng)卡穩(wěn)定性與效能就顯得尤為重要。各虛擬機共享硬件資源，如CPU、內存與總線等，故同時運行的虛擬機越多，實體機負載也就越大，效能就越低。設定網(wǎng)頁服務器主機，如聯(lián)機數(shù)限制、連接池及會話參數(shù)是否處于最佳狀態(tài)也會影響效能判斷；若網(wǎng)頁需要存取數(shù)據(jù)庫，則網(wǎng)頁服務器主機必須與數(shù)據(jù)庫間展開交互以及傳輸數(shù)據(jù)，也會增加開銷時間。虛擬機內運行防火墻、殺毒軟件會占用CPU、內存與硬盤讀寫資源，導致效能降低。本測試軟硬件環(huán)境如表2所示。

表2 宿主系統(tǒng)/客戶系統(tǒng)軟硬件環(huán)境

設備[]宿主系統(tǒng)[]客戶系統(tǒng)

CPU[]Intel Core 2 Duo Q6600 2.4GHz/4 Cores/8 MB L2 Cache[]Intel Core 2 Duo Q6600 2.4GHz1 Core （被分配）

RAM[]DDR2800MHZ 8GB ECC REG Dual Channel 128 bit[]512 MB （被分配）

Storage[]Seagate 640GB 7200 RPM Sata2[]6 GB 虛擬

NIC[]HP NC110T PCI-E Gigabit Server Adapter[]虛擬

Platform[]Citrix XenServer[]Windows XP Service Pack 3

Web Server[]EasyPHP 1.8[]

3.2 測試過程及分析

使用Jmeter程序仿真40人同時聯(lián)機，重復接入100次，共發(fā)出4 000個聯(lián)機請求，仿真測試結果如表3所示。

表3 虛擬機網(wǎng)頁服務器平均響應時間

f∑T（sec）T（ms）Tmin（ms）Tmax（ms）

1VMs[][]723[][]7 102[][]258[][]17 135

2VMs[]786[]790[]7 752[]7 783[]258[]230[]19 464[]20 196

[][]782[][]7 720[][]285[][]18 731

3VMs[][]1 150[][]11 381[][]566[][]26 741

[]1 155[]1 159[]11 371[]11 395[]399[]281[]28 281[]30 678

[][]1 157[][]11 337[][]351[][]27 423

4VMs[][]1 801[][]17 752[][]462[][]35 191

[]1 802[]1 798[]1 754[]17 878[]556[]454[]35 922[]37 439

[][]1 800[][]17 629[][]710[][]35 291

[][]1 807[][]17 758[][]599[][]35 768

注：T=∑ni=1ti=t1+t2+…+tnn（n≤4）

從表3可看出，單獨執(zhí)行1臺虛擬機網(wǎng)頁服務器與同時執(zhí)行兩臺網(wǎng)頁服務器效能差別較小，平均響應時間為63ms；同時執(zhí)行兩臺網(wǎng)頁服務器和3臺網(wǎng)頁服務器就會出現(xiàn)一定效能差距，達到369ms；而同時執(zhí)行3臺和4臺網(wǎng)頁服務器的效能差距明顯加大，平均響應時間達647ms，這是由于本測試的網(wǎng)頁鏈接數(shù)據(jù)庫不但較消耗CPU資源，也增加了一定硬盤讀寫時間。當多臺虛擬機同時響應大量讀請求時，硬盤磁頭讀寫會變得更加頻繁。同時，宿主實體機網(wǎng)卡只有一塊，同時執(zhí)行的虛擬機越多，每臺虛擬機就會受到越多限制。

因此，虛擬機可同時執(zhí)行的數(shù)量受限于實體機硬件，畢竟虛擬化會產生資源額外開銷，不適合多負載量的服務場景。對校園網(wǎng)而言，其負載相對較輕，利用虛擬化技術可有效利用網(wǎng)絡硬件資源，極大提高網(wǎng)絡應用彈性和靈活性。

4 結語

彈性云采用虛擬化技術在節(jié)約各種資源的基礎上提供了更大的彈性與便利。本文重點探討彈性云虛擬化主機網(wǎng)頁服務器在宿主實體機上運行虛擬機數(shù)量和網(wǎng)頁服務器的效能關系。實驗表明，采用虛擬化技術對提高校園網(wǎng)絡管理效率、縮短部署時間、增加網(wǎng)絡服務可用性等具有重要意義。

參考文獻參考文獻：

[ 1 ] VMware[ EB/OL ].http：//www.vmware.com/virtualization/whatisvirtualization.html.

[ 2 ] AMAZON.Amazon elastic compute cloud[ EB/OL ].http：//aws.amazon.com /ec2，20081221/20101001.

[ 3 ] JOHN WILLIS.IBM blue cloud：more than thin air [ EB/OL ].http：//searchcloudcomputing.Techtarget.com/news/column/0，294698，sid201_gci1355054，00.html，20090212/20101101.

[ 4 ] 李亞瓊，宋瑩，黃永兵.一種面向虛擬化云計算平臺的內存優(yōu)化技術[ J ].計算機學報，2011（4）：683693.

[ 5 ] ROSENBLUMM，GARFINKELT.Virtual machine monitors current technology and future trends[ J ].IEEE Computer，2005，38（5）：3947.

[ 6 ] 趙肄江，胡蓉.基于虛擬化的綠色云計算[ J ].湖南科技大學學報：自然科學版，2010（4）：8689.

責任編輯（責任編輯：陳福時）